以Altium Designer为平台的EDA实践教学探讨

苏州市职业大学电子信息工程系 王 鹏

以Altium Designer为平台的EDA实践教学探讨

苏州市职业大学电子信息工程系 王 鹏

本文先对高校的EDA技术教学现状进行了分析，针对EDA教学实践相关软件的彼此独立，之间的相互关联性不强的问题提出了解决方案—以Altium Designer作为EDA实践教学的平台，并列具了以Altium Designer为平台的优点。

EDA；Altium Designer；实践教学

1.高校开设EDA技术课程的现状

EDA是英文“Electronic Design Automation（电子设计自动化）”的缩写，EDA技术是90年代迅速发展起来的，是综合现代电子技术和计算机技术的最新研究成果。经过多年的发展，EDA技术已经越来越成熟，功能越来越强大，并已成为电子设计开发人员必需掌握的一门技术。为了适应电子设计的发展潮流，培养出更为优秀的人才，大多高校中都已开设了EDA的相关课程。

EDA技术概括而言主要包括了电子系统的设计、分析和仿真及印刷线路板的设计三个方面的内容。因此很多高校对EDA技术的教学课程也分为了三个阶段，即电子系统设计相关课程（如“面向CPLD/FPGA的VHDL设计”、“嵌入式系统设计”）、电子线路仿真相关课程（如“Electronics Workbench（EWB）”、“MutilSim”）和电子CAD相关课程（如“Protel 99 SE原理图与PCB设计”）。这样的课程安排虽然使学生学习到了EDA技术，但是常常由于教学安排上的种种限制和缺乏一个系统完整的实践教学平台，使得学生在学习过程中对EDA技术的学习不系统或是对整个EDA技术的认识产生脱节。因此为了使学生更好的学习和掌握到EDA技术，在此本文中提出了以Altium Designer为EDA技术实践教学平台的新的教学方式。

2.以Altium Designer为EDA技术实践的教学平台

Altium Designer是由Altium公司于近年推出的Protel的新版本，它秉承了Protel软件一贯地易学、易用特性，同时新增了对高速/高密电路板的设计和验证功能以适应电子自动化设计技术发展趋势，而且还在传统的板级电路设计基础之上，提供了面向可编程逻辑器件设计和嵌入式软件开发功能。Altium Designer将设计流程、集成化PCB设计、可编程器件（如CPLDFPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一个产品中，使得可同时进行可编程器件和嵌入式以及PCB的设计，并具有将设计方案从概念转变为最终成品所需的全部功能。Altium De-signer这些特点能将整个EDA技术融合起来，对Altium Designer的学习能从根本上解决以往EDA技术教学中的不系统的，易产生脱节的缺陷。

高校内对EDA技术的教学过程大体上都是开设《数字电路》、《模拟电路》、《可编程逻辑器件》、《嵌入式系统设计》或《EDA技术》等相关课程，在开设上述课程的过程中为了让学生能更好地掌握这些课程，还会开设一些相关的EDA软件应用课程，如《数字电路》和《模拟电路》的相关软件为“EWB”或“Pspice”；《可编程逻辑器件》和《EDA技术》的相关软件为Altera公司提供的“Max-Plus II”或“Qustar II”以及Xinlix公司提供“ISE”等。这些相关软件虽然都能很好地解决某一门课程的应用实践问题，但是它们都是彼此独立，之间的相互关联性不强，对于学生整体EDA技术上的理解学习意义不太。若以Altium Designer为EDA的教学平台，则可在一个软件平台上学习原理图、PCB设计、可编程硬件设计和嵌入式的设计，同时还能对设计电路进行仿真（包括模拟、数字、可编程器件和混合信号的仿真）、以及电路板设计过程中的信号完整性分析，最终支持CAM的输出。

3.以Altium Designer为EDA技术的实践教学平台的优势

由于Altium Designer是Protel的升级，所以对早期的Protel电路设计数据完全兼容，因此原有的教学案例可以直接被调用，保证了电子电路设计课程中教学任务的连续性。在进行电路设计时，元件的放置及属性设计是非常重要的一个环节，以往在Protel中放置元件，元件的封装和仿真模型库和属性需要使用者各自添加和设置，这给学生造成很大的不方便，经常有学生在实验中由于不熟悉元器件属性而造成错误。Altium Designer对元件的管理采用的是集成化元器件库，即元器件的图形符号、PCB封装模型、电路仿真模型（Spice和IBIS）及元器件三维（3D）模型都封装在同一元器件名称中，当在Altium Designer环境中只需要加载集成元件库，设计电路时，放置集成元件库中的一个元器件的图形符号，它的PCB封装模型、电路仿真模型（Spice和IBIS）及元器件三维（3D）模型等属性就已设置好了，这样即可减少错误又能让学生很方便的熟悉元件属性。从而，在实际教学中，配合Altium Designer新增了混合电路仿真和PCB布线后的信号完整性分析功能，当原理图设计完成后，可以在完成电路原理图设计后从容地开展电路仿真和PCB设计，确保了实验的连贯性。

Altium Designer的可编程数字电路设计也具有优势，其完全独立于芯片器件原厂商的解决方案，使得任何设计（只要在目标芯片资源许可的条件下）在不需要改动原型设计的前提下，完成不同目标器件的方案实现。可编程数字电路设计主要是可编程逻辑器件、单片机和嵌入式的设计。其中可编程逻辑器件的设计存在的问题是：虽然可编程逻辑器件开发的设计方法和设计输入方式是一致的，但是由于芯片不同的厂商采用各自的软件开发环境，从而造成学生在软件环境学习上的混乱。Altium Designer对绝大多数种类/型号FPGA/CPLD器件的开发支持，使用其作为EDA学习的平台在教学中就避免了由于选择不同厂商芯片而被迫使用不同的软件开发环境所带来的不便。对于《单片机原理及应用》和《嵌入式系统设计》教学，Altium Designer不仅能满足传统课程设置中对51系列和Zilog Z80系列等8位单片机的教学需要；同时也提供了包括ARM系列、MIPS系列、PowerPC系列以及Altera NoisII和Xilinx MicroBlaze等众多时下最流行的32位分离式和软内核处理器的软件开发和调试。使用Altium Designer中可广泛支持各种DSP和8位，16位及32位微处理器和微控制器的TASKING工具集，将先进的软件设计技术集成进嵌入式通信领域，满足各种领域的嵌入式开发需求，让学生学习完相关课程后能方便快捷地完成开发设计，提高学生的学习积极性。另外，SoPC（可编程片上系统）设计是EDA技术的最新发展方向。SoPC设计技术涵盖了《嵌入式系统设计》技术的全部内容，除了以处理器和实时多任务操作系统（RTOS）为中心的软件设计技术、以PCB和信号完整性分析为基础的高速电路设计技术以外，SOPC还涉及目前已经引起广泛关注的软硬件系统设计技术。Altium Designer支持SoPC设计，其具有灵活的设计方式，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在线的系统可编程功能，这有助于对学生后继更高能力的培养。

以Altium Designer为EDA技术的实践教学平台可实现EDA相关技术教学工作和教学软件工具的一致性和连贯性，同时也使电子技术相关专业的学生能及早熟悉和掌握EDA技术发展的最新趋势，帮助学生更快地掌握业内主流电子设计工具的应用，综合运用最新的电子设计技术，充分发挥学生的自主创新意识和提升学生的实践动手能力，确保学生在校期间就能灵活地将原先不同学科的电子设计知识融会贯通，从而为学生提供更多对课本知识感性认识的机会。

4.总结

总之Altium Designer提供了一种在单一开发环境中完成原理图设计、PCB设计、电路仿真、可编程电路和嵌入式开发等相关EDA技术的教学实践平台。如果再配合Altium的利用大容量、低成本的可编程器件，以进行设计快速交互的实现和调试的可重构的开发平台NanoBoard，可使得EDA技术的实践教学更系统化、完整化。

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王鹏（1976—），男，大学本科，苏州市职业大学电子信息工程系讲师，研究方向：EDA。